CN114206519A - 用于压弯机的工具和用于监测由所述工具施加的应力的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于模压压弯成形机的工具(10，110)，其类型适合在板材金属内产生弯曲线，其中所述工具包括可连接于模压压弯成形机的可移动的或固定部件的体部(11，111)，其特征在于包括至少一个光纤(20)，该光纤的一部件(20a)稳定固定于所述体部的表面(13，16a,113)，并且其中在所述部分(20a)内，所述光纤包括至少一个布拉格光栅(21)。

Description

用于压弯机的工具和用于监测由所述工具施加的应力的装置

技术领域

本发明涉及一种用于模压压弯成形机的工具和一种装置，包括一个或多个所述工具，所述工具配置成监测在弯曲期间它们施加在金属板上的应力(力、推力)。本发明还涉及一种装有该装置的模压压弯成形机。

背景技术

在工具机领域中，配置成借助于冷成形来弯曲金属板、板或类似物的模压压弯成形机是公知的。

模压压弯成形机通常由下底座构成，该下底座限定固定支座，金属板放置在固定支座上，固定支座承载具有形廓的弯曲模具，所述金属板按照该形廓被弯曲。

上横梁以可沿着实质上的垂直面朝底座移动并移动远离底座的方式被支撑。横梁带有与其一体的弯曲工具，称为冲头，适于与模具共同作用，以使金属板具有所需的形状。

上梁的运动由通常为液压的致动器装置产生，该致动器装置提供成形操作所需的力。

在空转位置，冲头与模具间隔开以允许待弯曲的金属板被插在冲头和模具之间。在工作位置，冲头的下端朝向模具的底座移动，以便挤压设置在两个上述部件之间的金属板，使其弯曲。

按照将要执行的操作类型，所述工具可以是单个的，即具有延续横梁的整个长度或部分长度的单块式体部，或者是分开的，即由在横梁的延伸方向上并排放置的多个工具组成。

因此，通常，上梁装备有一个或多个闭锁装置(blocking devices)(称为“中间件”)，该闭锁装置约束冲头以使冲头与横梁成一体以允许模压。

在弯曲操作中，工作力，即致动器必须施加以使金属板正确弯曲的推力/载荷，按照将被弯曲的金属板部分的长度、其厚度和金属板的制造材料进行计算。

实际上，这些参数使得能够对足以完成弯曲但不足以损坏金属板和/或工具的弯曲力值进行确定。

通常，接纳待弯曲的金属板的模具座和冲头的工作部分具有沿弯曲线方向延伸的具备同样截面的轮廓。因此，理想情况下，冲头施加在金属板表面上的力沿着弯曲线的整个长度均匀分布。

然而，在实践中，由于各种原因，由所述工具施加的力可能不是一致的，即，金属板的某些区域相对于其他区域更大。当这种变化非常明显时，会在弯曲的金属板中产生美观或功能方面的缺陷。

这种情况会发生，例如，当压机的致动器未被完全调准或所述工具具有太高的几何公差时，或者所述工具未被精确安装的情况下。

目前，现有技术的机器中被监测且可控的工作参数是横梁的移动和各种致动器的推力，以及可选地，涉及最新模型、金属板的弯曲角度。

然而，从这个角度讲，这些参数不足以确保施加一致的弯曲力或检测是否存在异常。

在某些情况下，当所述弯曲力太高时，不仅是金属板而且工具甚至压机本身会受到损坏。

实际上，在机器的监测系统中设定推力值高于额定值的情况下，当冲头到达使金属板与模具的底部接触的冲程的末端时，施加的力在金属板的表面和工具的表面之间产生太高的压力，还有损坏冲头和/或模具的风险。

现有技术的压机和工具出现的另一问题是不能收集并因此不能利用关于机器和工具的实际使用的完整信息。

特别地，目前没有可能收集关于某些工作参数的历史数据，诸如在每个弯曲循环期间施加给工具的实际载荷或在所述加工循环期间在压机中的工具布置。

实际上，目前只有极少数的机器装备有光学装置，这些能够对金属板的部分对于横梁的距离进行检测和记录的光学装置是昂贵的、精细的和开发复杂的。因此，大多数情况下，在由压机和由给定工具执行的各种弯曲循环中，不可能知道这些弯曲循环是否已被放置在正确或理想的位置，即大体上在横梁的中心处，或是否放置在更临界位置和不合适的位置，即朝向横梁的一个或其端部，从而导致压机以不平衡的方式工作。

这种信息对评估工具的实际磨损状态及其剩余使用寿命是有用的，而且对于评估在工具或机器中过早出现的任何问题是否是由于用户的不当使用也是有用的。

因此，在本领域需要提供一种系统，该系统能够检测和监视由工具施加在金属板上的力/推力的分布。

发明内容

在此情况下，本发明的目的是提出一种用于模压压弯成形机的工具，该工具使在弯曲期间施加到金属板的力能够被检测。

具体地，本发明的目的是提供一种工具，其允许在金属板的不同点处监测这些力值，以便在机器的设置期间和在各种弯曲循环的执行期间检测异常。

本发明的另一个目的是提供一种相对于现有技术的工具使用起来不复杂的工具。

本发明的另一个目的是提供一种安装在模压压弯成形机上的装置，该装置允许根据本发明监测上述工具的一个或多个，以便监测弯曲力沿待弯曲的金属板的整个弯曲线的分布并报告任何异常。

本发明的另一个目的是提供一种装置，该装置允许记录对用于工具或机器的预定维护有用的与弯曲过程的参数相关的数据。

这些和其它目的通过用于在此类适于在板材中产生弯曲线的用于模压压弯成形机的工具来实现，其中所述工具包括体部，该体部具有至少一个适于使体部固定到模压压弯成形机的可移动部件或固定部件的联接部分。

在本发明的上下文中，根据实施例，术语工具既涉及工作工具，即具有至少一个与待弯曲的片状工件接触的工作部件，例如冲头或模具，也涉及加工中包括的另一部件，例如对所述工作工具进行固定或支撑的装置，例如“中间件”或用于夹紧冲头的“夹紧工具”，或者模具的闭锁装置，或者也可以指机器的下工作台和上工作台。

根据本发明，所述工具包括至少一个光纤，所述光纤的一部分稳定地固定到所述工具的体部的外表面，其中在所述光纤的所述部分中包括至少一个布拉格光栅(Bragggrating)。光纤优选地粘合到工具的表面，或者用等效装置固定，使得位于所述表面处的体部的任何应变被传递到光纤。

通过经光纤发送光信号并分析由布拉格光栅反射的返回信号，可以确定工具体部的应变状态，特别是设置所述布拉格光栅的表面处。

这种应变的程度与应力的状态有关，并因此与施加的力，以及光纤的取向和布拉格光栅在体部表面上的位置有关。

因此，由于应力状态与工具施加在金属板上的力相关，并且基本上与该力成比例，通过测量应变，可以沿着弯曲线在同一工具的几个点和在几个工具的不同点重建推力的趋势或形廓。

例如，通过对模压压弯成形机配备根据本发明的工具组件，所述工具组件沿着弯曲线并排安装，可以验证工具中的每一个施加在金属板上的推力是否大致相同，且因此压机是正确工作的，或者验证检测的超出平均值的推力值对于一些工具是否过高或过低。

根据本发明的优选变型，光纤的每个端部设置有连接件，连接件使得不同工具或相同工具的多个光纤能够串联连接，即成行连接，使得它们可连接到相同的监测系统，通常是询问器装置。

根据该变型，光纤通常包括两个自由端部分，即，未固定到体部，所述自由端部分从体部延伸，以便于与其他光纤或与上述监测系统连接。

根据体部在与弯曲方向相平行的方向上的尺寸(即宽度)和/或所要获得的监测/测量点的分辨率，施加到单个工具的光纤可以更大程度或更小程度地延伸，并且能够包括多于一个布拉格光栅，例如两个、三个或更多个布拉格光栅，沿着同一段光纤对齐并间隔。

以这种方式，即使仅使用一个工具，也可以比较由相应的布拉格光栅在两个或更多点获得的测量，并且检测例如所述工具是否以平衡的方式工作，即沿其延伸方向具有基本恒定的推力。

根据本发明的优选实施例，光纤沿着与由压机在金属板上形成的弯曲线相平等的方向布置。

这种实质上垂直于工具赋予金属板的力的方向的测量方向，是特别有益的，因为它使光纤普遍工作在张力下以获得更有效的响应，并且因此也将任何误差减至最小。

实际上，工具的体部在所施加的力的方向上普遍受到压缩应力，这引起沿着上述与弯曲方向相平行的方向的正应变。

根据优选的变型，在工具的体部被测量的表面上产生狭槽或槽，槽中容纳至少一段光纤。通常，槽在施加光纤的表面的两个端部边缘之间延伸，例如在工具的整个宽度上，此处布置成平行于弯曲线。

所述槽的主要目的是保护光纤免受冲击或碰撞，或在任何情况下免受直接压力，这将导致光纤断裂。为此，所选择的槽的深度使得光纤至少部分地、并且优选完全地位于上述表面之下。以这种方式，保护光纤免受在将工具安装于压机上或将工具从压机移除的正常操作期间或在弯曲操作期间可能发生的冲击或碰撞。

在一些情况下，所述槽还有助于光纤的定位和安装以及使光纤的固定更稳固。

根据本发明的一个可能的实施例，被施加光纤的工具是冲头闭锁装置，称为“中间件”或“夹紧工具”。所述中间工具的体部包括联接部，该联接部通常呈柄的形式，适于用已知的夹紧装置固定到压机的可移动横梁上。中间工具又包括适于夹紧和闭锁一个或多个工作工具(即，一个或多个冲头)的夹紧装置。柄通常从上邻接面延伸，该上邻接面实质上横向于横梁的运动方向并且优选地实质上水平，该上邻接面通常抵靠于横梁或其夹紧装置的相应表面。

根据该变型，光纤固定在中间工具的所述邻接面上。

有益地，这种设置允许对体部应变的测量不受工作工具的闭锁装置(通常为带滑块(shoes)的类型)传递给体部的应力的影响。

此外，这种设置尤其适合保护光纤，首先，如果存在上述槽，一旦中间件已经安装在压机上，光纤就保持实质上被覆盖且不易接触。

除此之外，位于所述表面上的光纤在任何情况下都易于检查，并且能够实际和快速地被移除和重新安装以进行维护监测操作。

根据本发明的另一变型，光纤被固定到所述中间工具的后表面，即后侧。优选地，所述后表面实质上垂直定向。

根据优选实施例，所述后表面包含在闭锁冲头的滑块装置的固定接合件(fixedabutment element)的后表面中。

还是在该实施例中，光纤优选地沿着与由压机在金属板上产生的弯曲线相平行的方向布置，即实质上垂直于弯曲力的方向。

在这种情况下，即使当闭锁装置(中间件)安装在模压压弯成形机上时，光纤保持完全可接触和可见，因此也是可检查的。然而，同时光纤定位在机械加工中不直接涉及的区域中，并且在更换冲头的操作期间不受操作者的操作影响。因此，在这种位置中，光纤不可能在偶然的冲击或碰撞后被损坏。

所述中间工具根据所要安装在的压机类型具有各种宽度尺寸，和/或具有联接类型/标准。

根据另一实施例，被施加纤维的工具是工作工具，优选是冲头。还是在这种情况下，工具的体部设置有柄形式的联接部，该联接部适于被夹持在中间工具的夹紧装置中，该夹持装置从邻接面延伸。

光纤在冲头工具上的定位因此与对中间类型的工具的第一变型所描述的实质上对称。还是在这种情况下，根据工具的宽度，光纤可以更大程度或更小程度地延伸并按照所期望的测量点的分辨率包括多个布拉格光栅。

根据本发明的一个方面，所述工具能够包括施加到体部的多个光纤。例如，两个或更多个光纤可以并列设置且在同一表面上与另一光纤靠近(例如间隔几毫米)。利用该解决方案，可以获得冗余系统，并且可以通过比较测量值来检测一个或多个光纤的异常。

可选地，两个或多个纤维可以设置在不同表面上，以便即使当中间工具与不同形式的冲头工具一起工作且不同形式的冲头工具必然在所述中间件的体部内产生不同应力时，也总是获得有效和相关的读数。

本发明还涉及一种装置，该装置包括如上所述的一个或多个工具以及连接到所述工具上的至少一个监测装置。

如上所述，所述工具可以是闭锁装置，即中间件或模具的下闭锁装置、工作工具(冲头或模具)或机器的其它工作部件，甚至是固定的，例如下工作台或上横梁或压头。

利用该装置可以监测工具施加在待弯曲的金属板上的力，并且特别是可以比较在金属板的各点处施加的力以确定沿着弯曲线的载荷的分布。

根据本发明，监测装置连接到至少一个光纤的末端，如果有多于一个光纤串联连接，则通常是顶端或底端。所述监测装置被配置成通过所述至少一个光纤发送宽带光信号，以接收由包含在光纤中的一个或多个布拉格光栅反射的一个或多个信号，并分析所述一个或多个反射信号以确定在所述光栅处的工具体部的应变状态。

如上所述，由于这种应变以实质上与施加的载荷成比例的方式变化，通过执行适当的初始校准，可以间接确定施加在各测量点处的实际载荷的分布图。

特别地，在本发明的范围内，获得正确测量的一个重要方面是对具有安装在工具上的布拉格光栅的传感器的“响应”的初始校准步骤。

具体地，所述校准步骤可以采用在同样额定负载下进行的试验性弯曲操作来执行，以便标准化所有布拉格光栅的响应，对施加相同负载之后的应变可以不提供相同的响应。

首先，将各感兴趣点处的读数与预期的理想值进行比较，例如假设负载沿着整个弯曲线均匀分布，所涉及的点的所有布拉格光栅应给出在预定容差范围内的读数。在该步骤中，可以进行对值的标准化以统一传感器的响应，并以这种方式使读数误差(即由传感器产生的误差)的影响最小化。

执行校准之后，系统准备好实时监测机械以验证任何异常、过度磨损或其他问题的发生。

如果检测到异常值，则装置可以例如通过报警器来发送异常信号。

本发明的装置简单实用。实际上，除了将工具安装在机器上的正常操作之外，无论这些工具是中间件或其它闭锁装置，还是工作工具(冲头或模具)，将各种光纤彼此连接以及将这些光纤中的至少一个(通常位于组件的一个末端)连接到监测系统便足够了。

在所讨论的工具是中间件的情况下，该解决方案更实用，因为相对于冲头和模具而言，将中间件安装在压机上和从压机移除中间件的操作甚至更不经常。

另一方面，对于将光纤安装在工作工具上的方案，可以收集与工具相关联的一系列操作参数，这些操作参数能用于评估磨损的实际状态并可选地提前安排更换操作。特别地，除了执行的次数或工作周期之外，还可以记录对每个周期施加的力值和施加所述载荷的方式，即平衡或不平衡的。

附图说明

本发明的其它特征和优点将从如附图中所示的用于模压压弯成形机的模具的优选但非唯一的实施例的示例的描述中更加清楚，其中：

图1是根据本发明的实施例的安装在模压压弯成形机上的工具的前视图，其中所述工具是“中间件”或“夹紧工具”。

图2是图1的工具的侧剖视图；

图3是装配有根据本发明的包括图1的若干工具的装置的模压压弯成形机的示意前视图；

图4是根据本发明的另一实施例的安装在模压压弯成形机上的工具的前视图，其中所述工具是“中间件”或“夹紧工具”。

图5是图4的工具的侧剖视图；

图6是根据本发明的另一实施例的用于模压压弯成形机的工具的前视图，其中所述工具是冲头。

图7是图6的工具的侧剖视图。

具体实施方式

参考附图1和2，数字10整体地表示被配置成闭锁装置或“中间件”的用于模压压弯成形机的工具10，该工具适于使冲头类型的工作工具110被固定到模压压弯成形机。

中间件10包括体部11，体部11在上部具有联接部12，联接部12通常呈从邻接面13延伸的柄的形式。所述邻接面通常适于抵靠在模压压弯成形机的横梁或“压头”T的相应表面上。

中间件10进一步包括夹紧装置，典型地具有滑块型或类似类型，适于夹紧冲头110的相应联接部。

在所示的例子中，所述装置包括与体部11的固定接合件16共同作用的滑块14或类似物。在所述滑块14和所述固定接合件16之间形成一个座17，该座可容纳将被闭锁的冲头110的联接部112。典型地，所述滑块14受到操作或夹紧装置(未示出)的作用，所述操作或夹紧装置允许所述滑块14朝向和离开所述固定接合件16进行往复运动，以夹紧所述冲头110的联接部112。

然而，这些夹紧装置可以是各种类型，并且对于本领域技术人员公知的夹紧装置将不作更详细的描述。

体部11的宽度，即在弯曲线的方向X上的宽度，能够根据要被闭锁的工具的形状/类型和中间件必须安装在其上的模压压弯成形机的类型而改变。在许多情况下，体部11具有约150-300毫米的宽度，但是在一些情况下，体部11可以具有与模压压弯成形机的横梁相同的宽度。

包括一个或多个布拉格光栅21的光纤20，在图中的示例中为两个，稳定地施加到中间件10的体部11，更准确地说，施加到邻接面13。通过胶合或等效系统将光纤限制在体部11上，使得光纤与体部11完全成一体。

根据图1、2和3中所示的本发明的优选变型，光纤20容纳在邻接面13上产生的槽15中，从而完全位于表面下方。所述槽15优选延续体部11的整个长度。

根据本发明，光纤20具有固定到中间工具10的体部11的区段20a和两个自由端部分20b，所述自由端部分20b从所述体部11延伸并且配备有连接器22，所述连接器22允许光纤连接到其他光纤或者连接到监测装置，如下面更详细描述的。

所述自由端部分20b通常覆盖有保护套或缓冲器，而在区段20a中，光纤与工具体部的表面直接接触。

根据优选的变型，光纤20的保护套也在槽15内延伸一个短的段，通常从两端延伸。这允许就脱离/离开工具的体部而言得以限制光纤的变形和曲率。

具有适合用于本申请的布拉格光栅的光纤的例子是由FBGS Technologies GmbH制造的SGC-01型。优选地，对于长度范围为100毫米至300毫米的中间件，可以使用具有1-4个布拉格光栅的此类光纤。优选至少两个布拉格光栅，既能对在同一体部中的至少两个测量结果进行比较，以便能够检测测量系统的异常，也能例如当使用仅由一个中间件闭锁的有限宽度的工具时评估中间件的可能的不平衡。

图3示意性地示出了上面安装有根据本发明的装置50的模压压弯成形机P的一部分。

模压压弯成形机包括上横梁T或压头，根据本发明的一个或多个中间工具10安装在上横梁T或压头上。所述中间工具10依次夹紧冲头工具110。安装在每个中间工具10上的各种光纤20通过相应的连接器22彼此串联连接。

置于串联光纤20末端的一个光纤连接到监测系统40，该监测系统40包括询问器设备，可选地，询问器设备连接到诸如计算机之类的信息系统或诸如平板电脑或智能手机之类的移动电子设备并可由所述信息系统或移动电子设备控制。

本领域技术人员知道询问器设备的操作，因此将不详细描述。

图4和图5示出了本发明的另一实施例，其中光纤20被固定到位于工具体部11的后侧上的表面。更详细地，光纤20被固定到夹紧装置的固定接合件16的后表面16a。同样在这种情况下，光纤优选地容纳在所述表面16a上产生的槽15中。

光纤的特征及其固定与对前述变型的描述相同。

根据另一变型(未示出)，所述工具可包括至少一个固定到邻接面13的第一光纤和至少一个固定到固定接合件16的后表面16a的第二光纤。

图5和6示出了本发明的另一个实施例，其中承载光纤20的工具是冲头型的工作工具。因此，根据该变型，光纤20直接安装在冲头的体部111上。

还是在这种情况下，体部111具有柄112，该柄从上邻接面113延伸，能够将冲头110闭锁在模压压弯成形机内。光纤20在冲头体部111上的布置与设置在中间件10的体部11上的布置实质上对称。实际上，所述光纤20优选地施加在邻接面113处。还是在这种情况下，光纤20优选装在所述邻接面113上制出的槽115中。与光纤20的这种布置相关联的优点与对于先前变型已经描述的那些相同。

根据本发明，可为模压压弯成形机配备一种装置50，该装置50包括一个或多个中间件型的工具10或冲头类型的工具110，或者包括两者，这些工具配备了安装有布拉格光栅的光纤20。

当中间件10和冲头110都安装有光纤20时，可以将所有上述光纤20串联连接，并且全部连接到单个监测设备，或者可以对工具的两个组合件-中间件和冲头-进行独立监测。

根据一些优选实施例，仅出于非限制性的说明性目的描述了本发明。本领域技术人员可以发现许多其他实施例和变型，所有这些实施例和变型都落入所附权利要求的保护范围内。

Claims (14)

1.一种用于模压压弯成形机的工具(10，110)，其类型适合在板材金属内产生弯曲线，其中所述工具包括可连接于模压压弯成形机的可移动的或固定部件的体部(11，111)，其特征在于包括至少一个光纤(20)，该光纤的一部件(20a)稳定固定于所述体部的表面(13，16a,113)，并且其中在所述部分(20a)内，所述光纤包括至少一个布拉格光栅(21)。

2.根据权利要求1所述的工具，其中，所述光纤的端部设置有连接件(22)，所述连接件允许多个光纤(20)串联连接或所述光纤(20)连接到监测系统(40)。

3.根据权利要求2所述的工具，其中，所述光纤(20)包括承载所述连接元件(22)的两个自由端部分(20b)。

4.根据前述权利要求中任一项所述的工具，包括两个或更多个光纤(20)或一个光纤(20)，所述两个或更多个光纤(20)或一个光纤(20)设置有两个或更多个彼此对齐并隔开的布拉格光栅(21)。

5.根据前述权利要求中任一项所述的工具，其中，所述光纤(20)沿着与所述弯曲线平行的方向(X)布置。

6.根据前述权利要求中任一项所述的工具，其中，在所述体部(11，111)的表面(13，16a，113)上制出槽(15，115)，在所述槽内容纳所述光纤的至少一部分(20a)，所述槽的尺寸使得所述光纤(20)位于所述表面(13，16a，113)之下。

7.根据前述权利要求中任一项所述的工具，其中，所述体部(11，111)包括联接部(12，112)，所述联接部适于允许所述体部直接或间接地固定到所述压机，所述联接部从实质上横向于所述横梁的运动方向的邻接面(13，113)延伸，并且其中，所述光纤(20)被施加到所述邻接面(13)。

8.根据前述权利要求中任一项所述的工具，其中，所述体部(11、111)包括联接部(12、112)，所述联接部适于允许所述体部直接或间接地固定到所述压机，所述联接部从实质上横向于所述横梁的运动方向的邻接面(13、113)延伸，并且其中，所述光纤(20)被施加到所述邻接面(13)。

9.根据前述权利要求中任一项所述的工具，包括工作工具(110)的闭锁装置(10)。

10.根据前述权利要求1-8中任一项所述的工具，包括冲头(110)或模具类型的工作工具。

11.根据权利要求9所述的工具，其中，所述光纤(20)被施加到所述闭锁装置(10)的体部(11)的后表面。

12.根据权利要求11所述的工具，其中，所述体部(11)包括固定接合件(16)，所述固定接合件与适于闭锁所述工作工具(110)的夹具(14)配合，所述光纤(20)被施加到所述固定接合件(16)的后表面(16a)。

13.一种用于监测由模压压弯成形机的一个或多个工具(10，110)施加于待弯曲的金属板上的应力分布的装置(50)，所述装置包括至少一个如前述权利要求中任一项所述的工具(10，110)和一个监测系统(40)，所述监测系统连接到所述至少一个工具的至少一个光纤(20)，所述监测系统配置成：

-通过所述光纤(20)发送宽带光信号；

-接收由包括在所述光纤中的一个或多个布拉格光栅(21)反射的一个或多个信号；

-分析所述一个或多个反射信号以确定所述工具的体部(10、110)的应变状态。

14.一种模压压弯成形机，其装备有如权利要求1-12中任一项所述的一个或多个工具(10，110)或如权利要求13所述的装置(50)。

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